(57)【要約】【課題】単位面積あたりのホールセンサの数を増やすことなく、安価に位置精度を上げることができる平面センサ装置を提供する。【解決手段】移動体に固定された磁石３のＸ座標を検出する場合、切替回路６のスイッチをａ側に接続し、ホールセンサ列Ｙを駆動回路４に、ホールセンサ列Ｘを検出回路に５に接続する。ホール素子列Ｘの出力信号が位置信号として検出回路５に加えられると、処理回路７は、検出回路５の出力信号から、ホールセンサ列Ｘの隣り合う３列のホールセンサ列Ｙの出力電圧の合計が最も大きいホールセンサ列Ｘｉ＋１１１、ホールセンサ列Ｘｉ＋２１２、ホールセンサ列Ｘｉ＋３１３を特定し、それぞれのＸ座標とそれぞれの出力電圧から磁石３のＸ座標を演算する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面上を移動する移動体の位置を、センサベース上に格子状に配列したホールセンサにより検出する平面センサ装置において、
前記平面センサ装置は、
前記センサベース上のＸ方向の同一ライン上にあるホールセンサ列Ｘ内の第１の端子を直列に接続し、前記センサベース上のＹ方向の同一ライン上にあるホールセンサ列Ｙ内の第２の端子を直列に接続したもので構成される平面センサと、
前記移動体に固定された磁石と、
前記第１の端子または前記第２の端子のいずれか一方を入力端子、他方を出力端子として、前記入力端子に電源を供給する駆動回路と、
前記出力端子からの信号を検出する検出回路と、
前記入力端子と前記出力端子を切り換える切替回路と、
前記検出回路からの信号に基づき前記移動体の位置を演算する処理回路とを有し、
前記処理回路は、前記ホールセンサ列Ｘまたはホールセンサ列Ｙにおいて、隣り合う複数列のセンサ列の組み合わせの中から出力電圧の合計が最も大きい組み合わせを選択し、前記選択されたホールセンサ列Ｘの各センサ列のＸ座標と出力電圧から前記移動体のＸ座標を演算し、前記選択されたホールセンサ列Ｙの各センサ列のＹ座標と出力電圧から前記移動体のＹ座標を演算することを特徴とする平面センサ装置。
【請求項２】
前記ホールセンサは、ホール素子であることを特徴とする請求項１記載の平面センサ装置。
【請求項３】
前記入力端子と前記出力端子を切り換える前の前記平面センサの磁界検出情報と、前記入力端子と前記出力端子を切り換えた後の前記平面センサの磁界検出情報により前記移動体の位置を検出することを特徴とする請求項１または２記載の平面センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロボット、工作機械や搬送装置等に使用される平面サーボモータの位置や速度を検出する平面センサ装置に関する。  
【背景技術】
【０００２】
従来、移動の測定対象に取り付けた永久磁石ＮＳ極の方向と直交する方向に複数個の磁界検出センサを直線上に配置し、かつそれらの磁界検出センサの磁界を検出する方向は磁界検出センサを配置した直線方向にそろえ、各磁界検出センサの検出した磁界値を直線か曲線で補間して得た磁界分布で、磁界値が零になる点を求めることによって、永久磁石の位置が磁界検出センサの配置された直線と直交する平面上にあることを測定する磁極位置測定方法で、磁界検出センサにホール素子を使用した磁極位置測定方法が開示され、これを平面センサに使用した例が示されている（例えば特許文献１参照）。
図６は従来の磁極位置測定を使用した平面センサの構成図である。
図６において、７１はホール素子、７２は永久磁石である。
Ｘ1〜Ｘ8はＸ方向の位置を検出するためのＸ方向位置検出用ホール素子でＸ方向にＤｘの間隔で、また、Ｙ1〜Ｙ6はＹ方向の位置を検出するためのＹ方向位置検出用ホール素子でＹ方向にＤｙの間隔で配置されている。
このように従来、Ｘ方向の位置を検出するためのＸ方向位置検出用ホール素子とＹ方向の位置を検出するためのＹ方向位置検出用ホール素子をそれぞれ平面上に配置し、移動の測定対象に取り付けた永久磁石の平面上の位置を測定していた。
【特許文献１】特許第３４７７８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の平面センサは、ｘ軸方向はＸ方向位置測定用ホール素子によって、ｙ軸方向はＹ方向位置検出用ホール素子によって求め、移動体の平面上の位置を検出していた。すなわち、検出方向に対してそれぞれ個別にホール素子を必要としている。従って、図６に示すようにＹ方向位置検出用ホール素子のホール素子間隔ＤｙはＸ軸ホール素子を含む間隔になるためホール素子間隔が広くなり、位置検出精度を悪くしていた。また、位置検出精度を上げるには、単位面積あたりのホール素子の数を増やすこととなり、駆動回路や検出回路が煩雑になることや高価になるといった問題があった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり単位面積あたりのホール素子の数を増やすことなく、簡単な駆動回路や検出回路で位置検出精度が高く、高分解能の平面センサ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の平面センサ装置に係わる発明は、平面上を移動する移動体の位置を、センサベース上に格子状に配列したホールセンサにより検出する平面センサ装置において、前記平面センサ装置は、前記センサベース上のＸ方向の同一ライン上にあるホールセンサ列Ｘ内の第１の端子を直列に接続し、前記センサベース上のＹ方向の同一ライン上にあるホールセンサ列Ｙ内の第２の端子を直列に接続したもので構成される平面センサと、前記移動体に固定された磁石と、前記第１の端子または前記第２の端子のいずれか一方を入力端子、他方を出力端子として、前記入力端子に電源を供給する駆動回路と、前記出力端子からの信号を検出する検出回路と、前記入力端子と前記出力端子を切り換える切替回路と、前記検出回路からの信号に基づき前記移動体の位置を演算する処理回路とを有処理回路とを有し、前記処理回路は、前記ホールセンサ列Ｘまたはホールセンサ列Ｙにおいて、隣り合う複数列のセンサ列の組み合わせの中から出力電圧の合計が最も大きい組み合わせを選択し、前記選択されたホールセンサ列Ｘの各センサ列のＸ座標と出力電圧から前記移動体のＸ座標を演算し、前記選択されたホールセンサ列Ｙの各センサ列のＹ座標と出力電圧から前記移動体のＹ座標を演算することを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の平面センサ装置において、前記ホールセンサは、ホール素子であることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の平面センサ装置において、前記入力端子と前記出力端子を切り換える前の前記平面センサの磁界検出情報と、前記入力端子と前記出力端子を切り換えた後の前記平面センサの磁界検出情報により前記移動体の位置を検出することを特徴としている。  
【発明の効果】
【０００５】
請求項１に記載の発明によると、ホールセンサ列Ｘ内の第１の端子を直列に接続し、ホールセンサ列Ｙ内の第２の端子を直列に接続したホールセンサと、第１の端子または前記第２の端子に電源を供給する駆動回路と、第１の端子または第２のからの信号を検出する検出回路と、第１の端子または第２の端子と駆動回路または検出回路との接続を切り替える切替回路と、検出回路からの信号に基づき移動体の位置を演算する処理回路とを有するので、Ｘ方向の位置検出とＹ方向の位置検出に対してホールセンサを共用でき、検出に関与する単位面積あたりのホールセンサの数を多く取れるため高精度の平面センサ装置が実現できる。また、複数個のホールセンサ列の出力から移動体の位置を演算しているので、ホールセンサ列間の位置を特定できるので分解能の高い位置検出が出来る。
また、請求項２に記載の発明によると、ホールセンサに代えてホール素子のチップそのものをセンサベース上に配列するので、小型で高分解能の平面センサ装置が実現できる。
また、請求項３に記載の発明によると、処理回路は、接続を切り替える前後の検出回路からの信号により移動体の位置を演算しているので、ホールセンサ列Ｘ、ホールセンサ列Ｙに対してそれぞれ駆動回路および検出回路を持つ必要が無く構成が簡単で安価な平面センサ装置が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は、本発明の第１実施例を示す平面センサ装置の回路ブロック図である。
図１おいて、１はホール素子を外囲器に収納し、入出力端子が形成されたホールセンサ、２はセンサベース、３は磁石、４は駆動回路、５は検出回路、６は切替回路、７は処理回路、８は平面センサである。ここで、ホールセンサ１の出力は、検出磁界に対し直線性を持った出力となっているものを用いる。
図２は本発明の第１実施例を示す平面センサの斜視図である。
図２において１はホールセンサ、２はホールセンサ１を配置し固定するためのセンサベース、３は図示しない移動体に固定された磁石である。
図３はホールセンサ１の端子番号図で、Ｔ1、Ｔ4は第１の端子、Ｔ2、Ｔ3は第２の端子である。ホールセンサ１は入力端子と出力端子を入れ替えることが出来るものを用いる。図４はホールセンサ１への接続と入出力との関係を示す配線表で、配線Ａは第１の端子Ｔ1、Ｔ4を入力とし、第２の端子Ｔ2、Ｔ3を出力とする場合の接続で、配線Ｂは第１の端子Ｔ1、Ｔ4を出力とし、第２の端子Ｔ2、Ｔ3を入力とする場合の接続である。
図５は、本発明の第１実施例を示すホールセンサの配線図である。
図５において、Ｘ1、Ｘ2、Ｘ3はホールセンサ列Ｘを、Ｙ1、Ｙ2、Ｙ3はホールセンサ列Ｙを示す。ホールセンサ列Ｘに対しては第２の端子Ｔ2、Ｔ3が、ホールセンサ列Ｙに対しては第１の端子Ｔ1、Ｔ4が直列に接続されている。第１の端子Ｔ1、Ｔ4は切替回路６のスイッチがａ側に接続されている場合は、入力端子となり駆動回路４に接続され、切替回路６のスイッチがｂ側に接続されている場合は、出力端子となり検出回路５に接続される。また、第２の端子Ｔ2、Ｔ3は切替回路６のスイッチがａ側に接続されている場合は、出力端子となり検出回路５に接続され、切替回路６のスイッチがｂ側に接続されている場合は、入力端子となり駆動回路４に接続される。
【０００８】
次に動作について説明する。
図２において、磁石３はセンサベース２に対して垂直方向に磁化されており、磁石３が平面センサ８上を移動すると、それぞれのホールセンサ１に対する磁界が変化する。
図１において、移動体（図示せず）のＸ方向の位置を検出するときは、切替回路６のスイッチはａ側に接続され（配線Ａ）、駆動回路５は、ホールセンサ列Ｙに対して電源を供給し、検出回路５は、ホールセンサ列Ｘの磁界検出情報からＸ方向の位置信号を検出する。また、Ｙ方向の位置を検出するときは、切替回路６のスイッチはｂ側に接続され（配線Ｂ）、駆動回路５は、ホールセンサ列Ｘに対して電源を供給し、検出回路５は、ホールセンサ列Ｙの磁界検出情報からＹ方向の位置信号を検出する。処理回路７は、Ｘ方向の位置信号とＹ方向の位置信号から移動体の平面上の位置を求める。
【０００９】
次に、処理回路の詳細な信号処理動作について説明する。
ここでは、Ｘ座標を検出する演算動作について説明する。
Ｙ座標を検出する演算動作については、Ｘ座標を検出する演算動作と同様であるので、その説明を省略する。
図１において、１１はホールセンサ列Ｘｉ＋１、１２はホールセンサ列Ｘｉ＋２、１３はホールセンサ列Ｘｉ＋３で、隣り合う３列のホールセンサ列Ｘの出力電圧の合計が最も大きい組み合わせである。
切替回路６のスイッチがａ側に接続され、ホール素子列Ｘの出力信号が位置信号として検出回路５に加えられると、処理回路７は、検出回路５の出力信号から、ホールセンサ列Ｘの隣り合う３列のホールセンサ列Ｘの出力電圧の合計が最も大きいホールセンサ列Ｘｉ＋１１１、ホールセンサ列Ｘｉ＋２１２、ホールセンサ列Ｘｉ＋３１３を特定する。
次に、予め与えられているホール素子列Ｘの各座標からホールセンサ列Ｘｉ＋１、Ｘｉ＋２、Ｘｉ＋３のそれぞれのＸ座標Ｐｘｉ＋１、Ｐｘｉ＋２、Ｐｘｉ＋３と、検出回路５から得られたホールセンサ列Ｘｉ＋１、Ｘｉ＋２、Ｘｉ＋３のそれぞれの出力電圧Ｖｘｉ＋１、Ｖｘｉ＋２、Ｖｘｉ＋３から（１）式によって、移動体のＸ座標Ｐｘを演算する。
Ｐｘ＝（Ｖｘｉ＋１／ΣＶｉ）×Ｐｘｉ＋１＋（Ｖｘｉ＋２／ΣＶｉ）×Ｐｘｉ＋２
＋（Ｖｘｉ＋３／ΣＶｉ）×Ｐｘｉ＋３                    ・・・・（１）
ただし、ΣＶｉ＝Ｖｘｉ＋１＋Ｖｘｉ＋２＋Ｖｘｉ＋３
【００１０】
なお、本実施例では３列のホールセンサ列を特定し、その座標及び出力電圧から移動体の座標を演算する場合について説明したが、３列以外の場合も同様にして求めることがでる。一般にｎ列のホール素子列を用いて移動体のＸ座標を演算する場合の計算式を（２）式に示す。
Ｐｘ＝（Ｖｘｉ＋１／ΣＶｉ）×Ｐｘｉ＋１＋（Ｖｘｉ＋２／ΣＶｉ）×Ｐｘｉ＋２＋  
・・・・＋（Ｖｘｉ＋ｎ／ΣＶｉ）×Ｐｘｉ＋ｎ            ・・・・（２）
ただし、ΣＶｉ＝Ｖｘｉ＋１＋Ｖｘｉ＋２＋・・・・＋Ｖｘｉ＋ｎ
【００１１】
このように本実施例では平面上に配列されたホールセンサ列Ｘとホールセンサ列Ｙの入力端子と出力端子をＸ方向の位置を検出する時とＹ方向の位置を検出する時で切り替えているので、検出方向に対してホールセンサを共用でき、ホールセンサ間の距離を密に出来る。従って、安価で分解能の高い高精度の平面センサが実現できる。
また、隣り合う複数のホールセンサ列の出力から移動体の位置を演算し、センサ列間の位置を推定しているので、検出の分解能を高めることができる。また、演算に用いるセンサ列の数を増やすことによって、ノイズなどによる誤検出の影響を小さくでき、検出精度を高めることができる。
さらに、この移動体の位置検出における入力端子と出力端子の切り替えの処理を一定時間間隔で高速に繰り返すことにより、移動中の移動体の位置をリアルタイムで高精度に検出できる。
【００１２】
なお、本実施例では、ホール素子を外囲器に入れ、接続端子を設けたパッケージされたホールセンサを配列した例を示したが、ホールセンサに代えてホール素子のチップそのものを基板上に配列しても良い（不図示）。
これにより、外囲器による寸法の制約が無くなるので、さらに分解能の高い高精度の平面センサが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施例を示す平面センサ装置の回路ブロック図
【図２】本発明の第１実施例を示す平面センサの斜視図
【図３】本発明の第１実施例を示すホールセンサの端子番号図
【図４】本発明の第１実施例を示すホールセンサへの接続と入出力との関係を示す配線表
【図５】本発明の第１実施例を示すホールセンサの配線図
【図６】従来の磁極位置測定を使用した平面センサの構成図
【符号の説明】
【００１４】
１  ホールセンサ
２  センサベース
３  磁石
４  駆動回路
５  検出回路
６  切替回路
７  処理回路
８  平面センサ
１１  ホールセンサ列Ｘｉ＋１
１２  ホールセンサ列Ｘｉ＋２
１３  ホールセンサ列Ｘｉ＋３
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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